自动控制原理-第六章

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1、自动控制原理第6讲——控制系统的校正6.1控制系统校正的基本概念6.2控制系统的基本控制规律6.3超前校正装置及其参数的确定6.4滞后校正装置及其参数的确定6.5滞后-超前校正装置及其参数的确定6.6期望对数频率特性设计法分析：已知结构、参数→数学模型→动、静态性能分析→性能指标与参数的关系设计：实际→性能指标→选择控制方案、结构→参数、元器件→建立实用系统设计问题更复杂：（1）答案不唯一（2）选择结构、参数时，在满足性能指标上→相互矛盾→需折中，复杂化（3）技术要求、经济性、可靠性、安装工艺、使用环境、能源供应、物理实现等问题。校正问题：系统的基本组成部分（被控对象、测量

2、元件、功率放大元件、执行元件等），按照反馈控制原理可联成基本控制系统。但往往难以满足性能要求，需要在系统原有结构上加入新的附加环节，作为同时改善系统稳态性能和动态性能的手段。系统的校正（设计）：在不改变系统基本部件的前提下，选择合适的校正装置，确定参数、满足各项性能要求。6.1控制系统校正的基本概念6.1.1控制系统的性能指标性能指标是用于衡量系统具体性能（平稳性、快速性、准确性）的参数，主要分为稳态性能指标与动态性能指标两大类。一、稳态性能指标系统的稳态性能与开环系统的型别v与开环传递系数K有关，常用静态误差系数衡量：1）静态位置误差系数Kp=1+K：反映闭环系统跟踪阶跃

3、信号的能力。2）静态速度误差系数Kv=K：反映闭环系统跟踪斜坡信号的能力。3）静态加速度误差系数Ka=K：反映闭环系统跟踪加速度信号的能力。误差系数越大，稳态误差ess就越小。二、动态性能指标分为三类，常用的性能指标主要有：1.时域指标：最大超调量σ%（反映平稳性）、调节时间ts（反映快速性）。2.频域指标：1）开环频域指标：稳定性指标：相位裕量、幅值裕量Lh、中频段宽度h；快速性指标：幅值穿越频率c。2）闭环频域指标：谐振峰值Mp（反映平稳性）、频带宽度b（反映快速性）。3）复域指标：常用闭环系统的主导极点所允许的最小阻尼比ζ（反映平稳性）与最小无阻尼自然振荡频率

4、n（反映快速性）衡量。三、性能指标提出原则1.具体系统对性能指标的要求不同系统性能往往是相互矛盾的，要以不同系统对不同性能的侧重点来确定各种指标的要求，一般要采用折中的方案。如调速系统侧重于系统响应的平稳性与稳态精度；而随动系统则侧重于响应的快速性。2.兼顾经济性与可靠性既要考虑技术要求，还要考虑方案实现的可行性、经济性、工艺条件、现场环境与系统的可靠性。6.1.2校正的一般概念与基本方法校正方法有时域法、根轨迹法、频域法（也称频率法）。校正的实质可以认为是在系统中引入新的环节，改变系统的传递函数（时域法），改变系统的零极点分布（根轨迹法），改变系统的开环波德图形状（频域法

5、），使系统具有满意的性能指标。这三种方法互为补充,且以频率法应用较为普遍。校正装置：为保证系统性能所引入的装置（补偿装置）。校正任务：选择校正方案，确定校正装置类型，计算具体参数，保证性能，即满足各项性能指标。校正元件：电气、机械、气动、液压等。校正的目的：围绕性能指标要求进行。一、校正的一般概念二、校正的基本方式1.串联校正校正装置和未校正系统的前向通道的环节相串联，这种方式叫做串联校正。结构较简单，通常将串联校正装置安置在前向通道信号功率较小的部位，放大环节之前，以降低成本和功耗。串联校正的主要问题是对参数变化的敏感性较强。在串联校正中，根据校正装置对系统开环频率特性相

6、位的影响，可分为超前校正、滞后校正和滞后—超前校正。Gc(s)G(s)H(s)R(s)C(s)2.并联校正校正装置和前向通道的部分环节按反馈方式连接构成局部反馈回路，这种方式叫并联校正，也称反馈校正。位置：反馈校正的信号是从高功率点传向低功率点，一般不需附加放大器。实质：局部反馈，改善系统性能，抑制系统参数的波动，减低非线性因素对系统性能的影响。在反馈校正中，根据校正装置是否有微分环节，又可分为软反馈校正（有微分环节）和硬反馈校正（无微分环节）。G1(s)G2(s)Gc(s)H(s)R(s)C(s)3.前馈校正前馈校正的信号取自闭环外的系统输入信号,由输入直接去校正系统,是

7、一种开环补偿的方式，分为按给定量顺馈补偿与按扰动量前馈补偿两种方法。按给定量顺馈补偿主要用于随动系统，使系统完全无误差地跟踪输入信号；按扰动量前馈用于消除干扰对稳态性能的影响，几乎可抑制所有可测量的扰动。前馈校正由于其输入取自闭环外,所以不影响系统的闭环特征方程式，主要用于在不影响系统动态性能的前提下提高系统的稳态精度。(a)(b)G1(s)G2(s)Gbc(s)+R(s)C(s)G1(s)G2(s)Gn(s)++R(s)C(s)N(s)四、设计方法1.频率法图解法，在伯德图上校正居多增加新环节一改变频率特性曲线形